大學物理熱力學總結匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇大學物理熱力學總結范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

The Rotary Memory Method for Maxwell’s Relations

ZHU Yuan-ju

（College of Chemistry and Chemical Engng，Henan Univ，Kaifeng Henan 475003，China）

【Abstract】By means of studying the nature of thermodynamic functions in this paper，based on engaging in teaching and researching physical chemistry for a long time，the author find out of the rotary memory method for thermodynamic Maxwell’s relations.

【Key words】Thermodynamic function；Basic thermodynamic equation；Maxwell’s relations；Rotary memory method

0 引言

文章根作者多年從事物理化學教學研究與教材編寫的經驗，總結出熱力學函數的方框記憶法以及熱力學方程的特征變量記憶法和麥氏關系的旋轉記憶法[1].熱力學函數中“PV”的意義先為人知，實際上“PV”為膨脹作功能力，熱力學稱？贅=-PV為巨熱力學勢[2]，即為一種潛在的勢能，在開放系統的統計熱力學研究中具有重要意義；“TS”為有序作功能力。

1 熱力學函數的方框記憶法

熱力學函數中焓H最大，熱力學能U和自由焓G各缺少一塊，自由能F最小。為了便于記憶，將四個基本熱力學函數填入方框圖中，如圖1所示，熱力學函數的關系如下：

H=U+PV

G=H-TS

F=U-TS

2 熱力學基本方程的特征變量記憶法

熱力學函數都是狀態函數，都具有全微分的性質，由熱力學方程可以導出一組麥克斯韋關系式：

dU=TdS-PdV （）=-（）（1）

dH=TdS+VdP （）=（）（2）

dG=-SdT+VdP （）=（）（3）

dF=-SdT-PdV （）=（）（4）

熱力學基本方程的特征變量記憶法：任意一個熱力學函數（如U）兩邊的變量為其特征變量（S，V），特征變量S的另一半為T，符號即為S的符號“+”，特征變量V的另一半為P，符號即為V的符號“-” ，即dU=TdS-PdV。

需要記住的是熱力學能U的特征變量為（S，V），熱焓H的特征變量為（S，p），自由焓G的特征變量為（T，p），自由能F的特征變量為（T，V）。在所有四個基本熱力學方程中，由特征變量S或p組成的微分項均取正號，即有“+TdS”、“+VdP”；而由特征變量T或V組成的微分項均取負號，即有“-SdT”、“-PdV”。

3 麥氏關系的旋轉記憶法

麥克斯韋關系的旋轉記憶法：任意相鄰的兩個變量構成一組麥克斯韋關系式，從各自出發按相反方向旋轉。例如（S，-V）一組，從S出發沿順時針旋轉，依次是分子（分母）S、分母（分子）P和角標T，等式的右邊從-V出發沿逆時針旋轉，依次是分子（分母）（-V）、分母（分子）T和角標P，構成的麥克斯韋關系式為：

-（）=（） or -（）=（）（5）

如圖2所示，共有（S，-V）、（S，P）、（-T，-V）、（P，-T）四組麥克斯韋關系式。

需要記住的是變量（T，S）和（p，V）是成對出現的，其中每對的一個為正號“+”（S，p），另一個為負號“-”（-T，-V）。

4 總結

旋轉記憶法是記住麥氏關系的最有效方法。麥氏關系的用途十分廣泛，很多熱力學方程都是借助麥氏關系導出的，通過麥氏關系還可以把一些無法由實驗測定的量轉換為可觀測的量。初學者應該牢記麥氏關系創造出一套適合自己的學習方法，熟練地掌握麥氏關系及其推廣的一般情形[3]，對于提高解題技能具有重要意義。

【參考文獻】

篇（2）

摘 要：眾所周知，熱力學三大基本定律是熱現象宏觀理論的重要基礎.因此，了解這些定律的深刻意義和建立過程，在熱現象的研究當中是格外重要的.本文中主要介紹熱力學三大基本定律的概述，以及在其建立過程中，做出卓越貢獻的物理學家和他們的重要成就.

關鍵詞 ：熱學基本定律；概述；形成史

中圖分類號：O414.1 文獻標識碼：A 文章編號：1673-260X（2015）01-0009-02

熱力學是熱學理論的一個方面.熱力學主要是從能量轉化的觀點來研究物質的熱性質，它揭示了能量從一種形式轉換為另一種形式時遵從的宏觀規律.熱力學是總結物質的宏觀現象而得到的熱學理論，不涉及物質的微觀結構和微觀粒子的相互作用.因此它是一種唯象的宏觀理論，具有高度的可靠性和普遍性.熱力學三定律是熱力學的基本理論.

1 熱力學第一定律

1.1 熱力學第一定律概述

能量守恒與轉換定律是自然界最普遍、最基本的規律之一.自然界中的一切物質都具有能力，能量有各種不同的形式，這種不同形式的能量都可以轉移（從一個物體傳遞到另一個物體），也可以相互轉換(從一種能量形式轉變為另一種能量形式)，但在轉移和轉換過程中，它們的總量保持不變.這一規律成為能量守恒與轉換定律.能量守恒與轉換定律應用在熱力學中，或者說應用在伴有熱效應的各種過程中，便是熱力學第一定律.熱力學第一定律是人類在實踐中積累的經驗總結，它的發現和建立，打破了人們企圖制造一種可以不消耗能量而能連續做功的永動機.因此，熱力學第一定律也可以表述為：第一類永動機是造不出來的[1].

其基本公式可以表述為公式（1），它表明向系統輸入的熱量Q，等于質量為m的流體流經系統前后焓H的增量、動能v的增量以及系統向外界輸出的機械功W之和.

1.2 熱力學第一定律形成史

1.2.1 羅伯特·邁爾

熱力學第一定律與能量守恒定律有著極其密切的關系.德國物理學家、醫生邁爾發現體力和體熱來源于食物中所含的化學能，提出如果動物體能的輸入同支出是平衡的，所有這些形式的能在量上就必定守恒.他由此受到啟發，去探索熱和機械功的關系.1842年他發表了《論無機性質的力》的論文，表述了物理、化學過程中各種力（能）的轉化和守恒的思想.邁爾是歷史上第一個提出能量守恒定律并計算出熱功當量的人.

1.2.2 焦耳

英國科學家焦耳(J.P.Joule，1818-1889)關于熱功當量的測定，為最終確立熱力學第一定律奠定了堅實的實驗基礎.1850年，焦耳在他的《論熱功當量》的論文中，已經將熱功當量值總結為：以水做實驗為773石4磅/卡(424千克米/千卡)，以水銀作實驗為776.30磅/卡(425.77千克米/千卡)，后來又經過一系列極為精確的實驗，焦耳又將J值確定為423.85千克米/千卡(4.153焦耳/卡)，這已和現代精確實驗極為接近了.他和邁爾分別從不同的方面和不同的途徑達到了對能量轉化與守恒的證明.

1.2.3 亥姆霍茲

德國物理學家亥姆霍茲從多方面論證了能量轉化與守恒定律，其中最主要的是從否定永動機的存在這一途徑來完成的.1842年，他在關于《力的守恒》的論文中，就論述了他的能量轉化與守恒的基本思想，論證了“活力”與“張力”之和是一個常數，稱之為“力的守恒原理”，并把這種“力”的保守性同永動機之不可能聯系起來.他的這一工作從理論上對能量守恒原理作出了重要概括.

2 熱力學第二定律

2.1 熱力學第二定律概述

熱力學第二定律有兩種表述，第一種是“不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體而不引起其它變化”，另一種為“不可能從單一熱源取熱，使之完全變為功而不引起其它變化，”即第二類永動機是造不出來的[2].

其基本公式可以表述為公式（2），式中，對不可逆過程應取用不等號，δQ指系統實際過程熱，T指環境溫度，對可逆過程應取用等號，δQ指可逆過程熱，T為系統溫度.

2.2 熱力學第二定律形成史

十八、十九世紀，由于科學技術迅猛發展，蒸氣機在英國煤礦業得到了普遍的使用，這同時給物理學家提出了許多急待解決的理論問題，比如：熱現象的產生原理、提高熱機效率的方法、熱機效率上限的存在與否、永動機的存在與否等等.

正式提出熱力學第二定律的是英國物理學家湯姆遜·開爾文(WilliamThomson，1524-1907)和德國物理學家克勞修斯在研究熱現象的過程中，發現按能量守恒與轉化定律，于是開爾文提出了“不可能從單一熱源吸取熱量，使之完全變為有用的功，而不產生其它影響”.

而克勞修斯在提出熱力學第二定律的表述后，于1854年發表了題為“論熱的機械理論的第二定律的變化了的形式”論文，文中對熱力學第二定律又作了補充.至此，經過眾多物理學家的努力，熱力學第二定律才完整地建立起來.

3 熱力學第三定律

3.1 熱力學第三定律概述

20世紀初，人們通過對低溫下熱力學現象的研究，確定了物質熵值的零點，逐步建立起了熱力學第三定律，進而提出了規定“熵”的概念，為解決一系列的熱力學問題提供了極大的方便.熱力學第三定律可以準確簡潔地表述為：0K時，任何完美晶體的熵值為0.也可以表達為，絕對零度不能達到[3].

其公式可以按照公式（3）來表示，說明ΔG和ΔH隨著T變化，而當T趨向于0時，ΔG和ΔH近似相等.

3.2 熱力學第三定律形成史

3.2.1 T·W·Richards

1902年，T·W·Richards研究了低溫下電池反應的G、H與溫度的關系，得出這樣一個結論：當溫度降低時，G、H逐漸趨于相等.Richards的研究為熱力學第三定律的提出提供了必要的理論和實驗基礎.

3.2.2 普朗克

1912年，德國人普朗克在能斯特的熱定理基礎上，進一步假設：0K時，純凝聚體系的熵值為零[4].

3.2.3 路易斯和蘭德爾

1920年，Lewis和Gibson發現指出普朗克的假設S(0k)=0只適用于完美晶體.因為0K時一些物質可能有多種晶體形態，但其中只有完美晶體熵可能為零.普朗克、路易斯和蘭德爾對普朗克假設作了修正，得出如下說法：如果溫度為0k的每一種元素處于結晶狀態的熵值都為零，則一切物質的熵值都具有一定的正值，但溫度為0k時其熵值可變為零，對于完美晶體來說確實如此.

至此，人們就建立起了比較完整、準確的熱力學第三定律.

4 結語

熱力學三個定律是無數經驗的總結，至今尚未發現熱力學理論與事實不符合的情形，因此它們具有高度的可靠性.熱力學理論對一切物質系統都適用，具有普遍性的優點.這些理論是根據宏觀現象得出的，因此稱為宏觀理論，也叫唯象理論.

熱力學是熱學理論的一個方面.熱力學主要是從能量轉化的觀點來研究物質的熱性質，它揭示了能量從一種形式轉換為另一種形式時遵從的宏觀規律.熱力學基本定律是人類在長期生產經驗和科學實驗的基礎上總結出來的，他們雖不能用其他理論方法加以證明，但由它們出發得出的熱力學關系及結論都與事實或經驗相符，這有力地說明了熱力學定律的正確性.縱觀熱力學定律的發展史，科學是一個集觀察、思考、實驗、總結、學習、于一體的事物，只有以謹慎的態度對待它，才會迎來科學事業的飛躍.

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參考文獻：

〔1〕魏蔚,吳建琴,馬曉棟.關于熱力學第一定律的講述[J].新疆師范大學學報(自然科學版),2011（04）:59-62.

〔2〕李復,高炳坤.熱力學第二定律理論體系的討論[J].大學物理,2000（04）:19-22.

篇（3）

【Abstract】Beginning from the set of cultivation schemes and the feature of talent cultivation，analyses mutual connections between College Physics and Safety engineering courses.Optimizes The Teaching Content and proposes a Teaching Procedure of “physics and safety” which can make students aware of the important role of College Physics.And then，learning motivation of students could been raised and teaching quality of teachers could been improved.

【Key words】Safety engineering；College physics；Education reform

0 前言

物理學是研究物質的基本結構、運動形式及物質間相互作用的自然科學，它是其他自然科學和工程技術的基礎[1]。以物理學基礎為內容的大學物理課程，是所有理工科專業學生必修的一門基礎課程，通過該課程的學習，不僅可以培養學生的科學素養，增強學生分析問題解決問題的能力，開發學生探索精神和創新意識，還為學生日后專業課的學習打下堅實的]基礎。但是對于不同專業，所需的物理知識側重點是不同的[2-5]，例如電子類專業側重于電磁學，化工類專業側重于熱學，機械類專業側重于力學等。然而目前我國大部分大學物理教材及教學內容并無專業差別，教學內容往往偏重于理論知識，容易造成理論和實踐及專業的脫節，導致學生無法體會大學物理課程與自身專業的密切聯系，使得教學效果大打折扣。要充分發揮大學物理課程的作用，就應該根據各專業的特點，有針對性的合理安排教學內容，這樣才能高效的達到更好的教學效果。本文以中國勞動關系學院安全工程專業為例，對該專業的大學物理課程進行針對性的改革探索。

1 安全工程專業課程與大學物理相關性分析

1.1 大學物理教學內容

根據《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》[1]，將大學物理教學內容分為11個教學模塊。

1.2 與大學物理相關的安全工程專業課程

將表1中11個教學模塊與安全工程專業各門課程教學大綱中教學比對，便可以總結出與大學物理有關聯的相關課程。

1.3 大學物理各模塊與安全工程專業的緊密程度

將11個教學模塊中的125個知識點與各課程教學大綱中的知識點比較分析，可以進一步分析大學物理各個知識點與安全工程專業課程的相關性及緊密程度，現將這種緊密程度由高到低分為A、B、C、D4個等級分別代表強、較強、弱、很弱4中關系。

2 課程改革

2.1 教學內容的改革

鑒于中國勞動關系學院安全工程專業大學物理只有80個理論學時，遠達不到《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》建議的最低126學時。因此有必要對教學內容做有效調整。結合安全工程專業培養要求，以學生應掌握的最基本的物理基礎知識為綱，該簡化的內容簡化，該深入的內容深入。具體作如下調整：

一是，刪除部分課堂講授內容改為學生自學。將表3中等級為D的幾塊內容（狹義相對論、量子物理、天體物理及高新技術）略去不在課堂講授。

二是，縮減部分內容學時。和高中物理相比，大學物理需要應用高等數學基礎，物理量也由簡單的恒量間的關系轉變為變量間的函數關系，突出變量間的瞬時性和矢量性，能夠解決更為復雜普適的問題。盡管如此，大學物理的很多知識點都是學生熟悉的，例如質點力學中質量、速度、加速度、牛頓定律等內容。教師應根據學生基礎，著重針對加深學生對概念的理解。對于這些內容可以適當縮減學時。另外還有部分內容和其他課程重復（比如熱學中熱力學第一、第二定律和普通化學、工程熱力學與傳熱學重復），可與其他任課教師協調后精簡。

三是，加強和專業緊密程度高的內容教學。例如對于力學中的剛體轉動，一方面學生對這部分內容陌生，一方面它是工程力學、機械原理課程等后續課程的重要基礎。

2.2 教學模式設置

為了能夠讓物理知識與專業知識相結合，引起學生興趣，在教學中引入“物理與安全”環節，圖1中以知識點“靜電場中的導體”為例，展示“物理與安全”環節的教學過程，在物理知識環節，涉及靜電平衡、電荷分布規律、尖端放電、導體接地后的電荷分布、靜電屏蔽等內容，通過對尖端放電的理解，便可以導入電氣安全、靜電安全、雷電安全等安全知識，同時又可以結合物理知識講解如何比防止相關安全事故的發生。通過這個環節的設置，會讓學生體會到物理知識與安全知識之間的相互關聯。

3 總結

大學物理作為安全工程專業的一門基礎課，一方面可以培養學生的科學素養，另一方面也能夠增強學生們的學習能力，為后續的專業課程學習打下堅實的基礎。研究基于安全工程專業的大學物理教學改革，既能夠使該課程的教學更好的為專業課服務，體現理論與實踐的相互結合，又能夠增加學生的學習興趣，從而有效的提高大學物理課程的教學效果。

【參考文獻】

[1]非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求[J].物理與工程，2006，16（5）.

[2]白浪.材料類專業的大學物理教學探索[J].讀與寫雜志， 2016，11（7）.

篇（4）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（c）-0170-02

材料物理專業是材料科學與物理學的一個交叉學科，專業特點要求在課程設置上既有材料科學方面的課程又要有物理類課程。安徽工業大學材料物理專業于2003年開始進行籌劃建設，2005年實現了首次招生。經過幾年的探索、規劃和實踐，基本完成了專業定位和課程體系設置[1]，正逐步完善專業建設。現階段，保留了量子力學，熱力學與統計物理（以下簡稱熱統）和固體物理學作為本專業的物理類必修課程。其中，熱力學與統計物理是一門重要的專業基礎課，無論對后續的物理類還是材料類課程的學習都起到承上啟下的知識連接作用。本課程的設置目的使學生能夠熟練掌握熱力學和統計力學的基本原理和研究方法，逐步建立分析微觀世界的思路和方法，訓練學生嚴格的邏輯思維能力，培養演繹推理能力，提高解決具體問題的能力。

1 熱力學與統計物理課程教學中存在的主要問題

熱統課程內容由熱力學和統計物理兩部分組成。其中，熱力學是研究熱現象的宏觀理論，它從若干經驗定律出發，通過嚴密的邏輯演繹方法，最終給出系統的宏觀熱性質；而統計物理則是研究熱現象的微觀理論，它從微觀粒子的力學規律出發，加上統計假設，獲得系統的宏觀性質。從內容上來看，熱統課程的理論性強，教學內容繁雜。尤其，在當前高校推行素質教育和培養應用型人才的指導下，基礎理論課課程教學學時均有不同程度的壓縮。我校熱統課程安排為40個學時，由此帶來了教學學識少和教學內容多的嚴重矛盾。我們根據我校材料物理專業特色方向和后續課程，在熱統教學內容上做出了適當的調整。

現行的熱統教材理論性強，較適合理科生使用，缺乏較合適的工科材料類學生使用的熱統教材。在組織教學中，我們以汪志誠編寫的《熱力學?統計物理（第四版）》作為主要參考教材[2]，同時綜合了多本經典教材，如：胡承正編著的《熱力學與統計物理學》，包景東編著的《熱力學與統計物理簡明教程》等[3～4]。根據我校材料物理專業培養目標和專業特色方向，本著“先進、有效、有用”的原則，對熱統課程的教學內容應該進行認真清理與重構，形成適合本校實際的課程講義。

在教學方法和考核方式上也應根據我校實際進行相應的改革。熱統課程是一個理論性強的課程，其中的物理概念抽象，物理公式繁雜。安徽工業大學材料物理專業是在工科背景下成立并發展起來的，學生的數理基礎相對薄弱，在學習的過程中會有些吃力。長期的教學實踐告訴我們，如果采取傳統的灌輸式教學方法，只能使熱統課堂教學枯燥無味，學生被動的接受知識，失去了學習興趣，甚至對后續的專業課學習產生抵觸情緒。另外，傳統的閉卷考試常造成學生不重視平時的學習過程，期末復習只看教學課件，期待老師劃重點，搞突擊記憶。

針對上述現狀，我們嘗試著進行了教學內容，教學方法和考核方式的改革和實踐。

2 教學內容的改革

2.1 優化教學內容

熱統課程的熱力學部分與先修課程，如大學物理、物理化學和工程化學基礎的部分內容重復率較高。我們在充分了解本專業學生的先修課程和后續課程的教學內容后，對與其他課程有交叉重疊的部分進行了壓縮和刪減。比如：熱力學部分的熱力學基本定律，熱力學函數，化學平衡條件，理想氣體的化學平衡等都在先修課程里面作為重點內容進行講授的。在實際教學時，只作復習性的簡述或以學生自學的方式完成。但為保證熱力學基本概念與規律的嚴格性與系統性，對重要的基本概念和定律還是進行重點講解。通過這樣的調整，節省了熱力學部分的教學學時，加大了統計物理部分的學時講授。統計物理是從宏觀系統的微觀結構入手，從內容上與量子力學和固體物理課程聯系緊密，也為后續的計算材料學課程，甚至可為本科畢業論文工作提供前期的知識準備。在統計物理教學部分，將在先修課程中學習過的麥克斯韋速度分布率和能均分定理略講；固體的熱容量的德拜理論是固體物理課程的重點教學內容，在熱統教學中，這部分只簡單提及。經過這樣的教學內容優化后，節省了課時，加強了課程之間的聯系，提高了教學效率。

2.2 適當引入材料學科前沿內容

創新型人才的培養要求課程內容要體現先進性和現代化。通過合理的補充與熱統課程相關的材料學和物理學最新的學術成就與進展，有意識的突出課程的廣度，豐富和具體化基本理論內容。增加學科前沿內容，我們從兩個方面進行。一方面是在講授基礎理論知識的同時，引入與該知識密切相關的科學技術發展的介紹。例如：在對溫度和溫標作復習簡述的時候，介紹測溫儀表和測溫技術。電阻溫度計，熱電偶測溫技術，紅外測溫技術等在后續的材料類課程學習，課程設計和實驗及畢業論文工作是非常重要的一部分。在講授氣體的節流和膨脹過程一節時，介紹了獲得低溫的技術，以及與低溫有關的材料性能的變化，超導電現象的發展歷史及科研現狀等；在講授單元系的相變時，加強了對二級相變和臨界現象的講授，介紹了磁性材料，超導材料，超流體等方面的最新研究進展；在統計物理部分，介紹玻色-愛因斯坦凝聚的新進展，講授統計物理部分的金屬中的自由電子時，適當介紹計算材料學和計算物理方面的研究現狀等。另一方面是通過鼓勵學生現場聽取相關的學術報告，或者觀看相關報告的視頻。通過前沿知識的適當引進，開闊了學生的視野，激發了學生的學習和科研興趣，獲得了較好的教學效果。

2.3 注重理論聯系實際

材料類專業是應用性很強的專業，要求熱統課程教學內容要體現實用性，加強理論與實際的聯系。我們鼓勵學生通過本科生科研訓練計劃（SRTP）和大學生創新創業計劃的方式參與相關教師的課題研究，或者開設課程設計和實驗。如在講授相變的章節時，為了讓學生加深對二級相變的理解，開設了高溫超導轉變的實驗，巨磁電阻材料的相變實驗等。組織學生參觀學校相關的實驗室，如參觀計算材料實驗室，使學生了解相圖的理論計算方法，第一性原理計算及材料設計方法。經過這樣的訓練，學生對物理概念有了深入的理解，提高學生的應用能力，研究能力和創新能力。

3 教學方法和考核方式的改革

3.1 學生為主體，教師為主導

在組織課堂教學時，認真貫徹以學生為主體，教師為主導的教學思想，加強師生互動，爭取使學生由被動接受知識變為主動探索知識。在課前，給學生預留思考題進行課前預習，讓學生帶著問題去聽課，做到有的放矢。在組織教學時，對重點章節進行精講，適時開展物理基本概念和基本問題的討論，啟發學生思考和推理。對相對容易理解的章節組織學生自學，或者制作成ppt課件，在課堂上講解，教師在做總結式講授。課后，要求學生獨立完成作業和習題，以期加深對基本概念的理解和應用。

3.2 重物理思想 簡化數學推導

在組織教學的過程中，重點講解基本概念，突出物理思想。借助于多媒體教學，對于較抽象、難理解的概念和原理，可通過制作圖文并茂的課件，或者觀看相關視頻的方式，使抽象的概念形象化，增強學生的感性認識。適當補充基本概念辨析題和思考題以促進學生對基本概念的深入理解和掌握。對于必要的數學推導，使用板書的方式進行詳解和推導，留給學生足夠的時間思考并跟上教師的思路。

3.3 考核方式的改革

考核是教學過程的主要環節之一，應具有實用性和針對性，并能體現學生的綜合素質。我們在考核方面，加大了平時成績的比例，增加了課堂回答問題，課堂討論，撰寫科研小論文等環節的考核。在期末的閉卷考試中，減少死記硬背的概念題和公式，把考核重點放在學生對基本物理概念的理解和基本理論知識的實際應用上。

4 實踐效果

在教學實踐中逐步形成了適合我校材料物理專業實際的熱統課程講義。實踐證明，改革措施在緩解授課學時與教學內容的矛盾，拓寬學生知識面等方面效果顯著。尤其，熱統課程作為材料物理專業的前期先修基礎課，對后續的課程學習起著承上啟下的重要作用。通過上述的教學改革后，學生的學習積極性大大提高，熱愛本專業的學習，踴躍參加SRTP和大學生創新創業的計劃，甚至部分同學提前加入教師團隊的課題組，對未來的工作或者繼續深造充滿信心。

參考文獻

[1] 方道來，童六牛，夏愛林，等.材料物理專業定位及課程體系設置的探索[J].安徽工業大學學報：社會科學版，2011（23）：104-105.

篇（5）

中圖分類號：G420 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）03-0078-02

一、引言

大學物理學是一門重要的通識性必修基礎課程，力、熱、聲、光、電等內容在各個學科中都有廣泛的應用。在高等院校中開設大學物理課程，其教學目的是使學生對物理學的基本概念、基本理論和基本方法有比較系統的認識和理解，增強學生分析問題和解決問題的能力，培養探索和創新意識，提高科學素養，樹立科學的世界觀[1]。隨著科學技術的迅速發展，物理學與各學科間相互交叉、相互滲透日益密切，物理學將為學生適應現代科學技術發展在專業領域中有所發現、有所創造、有所前進打好基礎。通過大學物理課程教學，應注重培養學生以下素質：

1.求實精神——通過大學物理課程教學，培養學生追求真理的勇氣、嚴謹求實的科學態度和刻苦鉆研的作風。

2.創新意識——通過學習物理學的研究方法、物理學的發展歷史以及物理學家的成長經歷等，引導學生樹立科學的世界觀，激發學生的求知熱情、探索精神、創新欲望以及敢于向舊觀念挑戰的精神。

3.科學美感——引導學生認識物理學所具有的明快簡潔、均衡對稱、奇異相對、和諧統一等美學特征，培養學生的科學審美觀，使學生學會用美學的觀點欣賞和發掘科學的內在規律，逐步增強認識和掌握自然科學規律的自主能力。

然而，對于農林類專業的學生（包括農學、林學、食品、動科等），大學物理學時相對較少，我校理論教學48學時，實驗教學32學時，共80學時，理論學時和實驗學時都不足理工科學生課時的一半。因此學生對該課程的認識不足，學習興趣不高；而且這些學生高考錄取分數較低，數學物理基礎不是特別好；最后是大學物理學用到很多高等數學知識，而很多學生剛學習完一學期高等數學，對高等數學知識的欠缺和不牢固是影響學生學習成績的另外一個重要因素。因此，學生的學習效果不明顯，并未達到應有的學習要求。幾年來我校物理教研室本著邊研究、邊實踐、邊提高的原則，對少學時物理教學進行了卓有成效的改革和建設，在調整課程體系、改革課程內容及考試方法等方面作了大量的研究和實踐工作，取得了較好的效果。在教學內容方面，主編了教材《普通物理學》（張慶國，陳慶東主編，中國農業出版社，2012年1月出版）。我們把教學內容要求分為四級：掌握、理解、了解和閱讀。“掌握”要求學生深刻理解，熟練掌握。“理解”要求學生理解和基本掌握。“了解”要求學生進行一般性的了解，能進行定性分析，知道所涉及的物理量和相關的公式。閱讀為選用內容，為開闊學生視野而設定。在本文中，根據多年來從事少學時大學物理教學的改革經驗，總結了提高少學時大學物理教學效果的幾個方法，希望真正提高學生的學習效果，加強基礎、提高能力、提高物理素養，最后達到教師的“教”和學生的“學”的和諧統一。

二、教學方法探究

2l世紀需要知識面寬、適應性強、有開拓精神和創新意識的人才。所以我們在傳授物理知識時，應重視培養學生的物理學研究方法及思想方法[2]。古人云“授之以魚，不如授之以漁”，提高學生科學素質的關鍵在于提高教師素質，為此我們對物理學的典型思想方法進行了深入研究。根據我們多年來的教學成功經驗，要在有限的學時內，提高學生成績，增強學生利用物理知識分析和解決實際問題的能力，達到大學物理的教學要求，我們總結了以下幾點：

1.提高學習興趣。我們都知道，“興趣是最好的老師”，提高學生的學習興趣，是提高學生學習效果的前提。可以在課程開始之前，可以在第一次上緒論課時，多講述物理學在高新科技，尤其是本專業的應用。例如，對農林類專業的學生，可以講述植物根部的水為什么能夠到達樹頂，植物葉面很多小孔的作用，土壤中的水為什么能夠懸浮等問題，引導他們利用大學物理中的流體力學的知識可以解釋；對于動科類專業的學生，可以講述為什么血液能夠在血管中流動，x射線成像是什么原理，原子核的放射性對生物體有什么影響等，引導他們利用大學物理學中的相關內容可以進行解釋。通過這些內容的講述，學生知道了大學物理學和專業知識的關系，激發了學習動力，為提高學習效果提供了保障。

2.增加學習樂趣。中國人常說“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。在實際教學中，講到相關知識時，可以適當講解該定理的產生過程，以及一些物理學中的名人軼事，提高學生的樂趣，增加大學物理學習的趣味性。例如，在講高斯定理時，可以講解數學王子高斯成長過程中的一些故事；在講光的衍射時，可以講解泊松亮斑的產生及命名過程；在講解粒子的波粒二象性時，可以讓學生猜想一下，如果宏觀物體具有波動性，會產生哪些效應等。通過這些內容的了解，不僅提高了學生學習的樂趣，也對學生進行了勵志教學，啟發他們努力學習、積極探索新事物的精神。

3.活躍課堂氣氛。物理學的學習對有些學生來說是困難的，甚至是枯燥的，這些學生在課堂上不愿意聽講，課后不愿意復習，抄襲作業，敷衍了事，不能達到教學要求。因此，在課堂教學中，要設法提高課堂氣氛。課堂講課時，隨機提問，讓每個學生都要跟上教學進度；每章節結束，讓學生總結本章節的主要內容、重要共識、基本方法等，迫使每個學生都要認真聽講，積極總結。把提問和總結與期末考核的平時分結合起來，讓學生重視這些教學環節。

4.打開專業窗口。在給農林各專業講解大學物理時，應多介紹物理學和生物學的結合和應用。如生物力學、生物系統熱力學、化學勢與水勢、大氣電場對生物的影響、環境磁場對生物的影響、熱力學和量子力學對生命現象的解釋等。這對于提高學生學習物理學的主觀能動性，擴大視野以及在各自專業范圍內的思路無疑是有幫助的。

5.重視實驗教學。物理學是一門實驗科學，對學生加深對書本知識的理解，提高學生動手能力具有重要的作用。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”說的就是這個道理。因此，要重視實驗教學環節。課前，要檢查學生的預習情況，包括檢查預習報告和提問相關內容；實驗過程中，要保證每個學生規范操作，順利完成，得到相應結論；課后認真批改實驗報告，對出現嚴重錯誤的學生要求重新完成實驗。

三、總結

在本文中，根據多年對少學時大學物理教學的經驗，我們總結了增強學生興趣，提高學生利用物理知識分析和解決實際問題的能力，從而達到大學物理的教學要求的幾個方法，為提高少學時大學物理教學的目標提供了一些方法。在今后的教學過程中，還要不斷改革，不斷總結，為真正提高少學時大學物理教學尋找更加合理有效的方法。以上是我們對提高少學時大學物理教學的一些思考，優化課堂教學是一個長期的課題，我們將不斷地努力實踐探索，使少學時大學物理教學工作日趨完善。

參考文獻：

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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2013）49-0089-02

一、引言

物理化學是物理學和化學交叉的一門重要的邊緣學科，是化學學科的理論基礎，也是化學的靈魂，它在科學研究和生產實踐中有廣泛的應用。因此，掌握并靈活運用物理化學知識和方法，對化學化工專業的學生來說具有重要意義。物理化學是自然科學的一個分支，對自然科學普遍適用的研究方法在物理化學領域中同樣適用。除此之外，物理化學還有它自己的具有學科特征的理論研究方法，從物理學角度可劃分為熱力學方法、統計力學方法和量子力學方法；從方法論的角度有標準狀態法、狀態函數法、平衡狀態法等。無論是一般的研究方法還是它特有的研究方法，對學好物理化學都至關重要。本文只針對其中的標準狀態法進行介紹，主要是因為標準狀態法在物理化學中的應用比較多，但都比較零碎，學生們理解困難。根據我們多年的教學經驗，把它進行歸納總結，解釋了它的含義，并對它在物理化學中的應用作了舉例說明。

二、標準狀態法在物理化學中的應用

1.標準狀態法。標準狀態是為了確定某些熱力學函數的相對值而選定的特定狀態。通常一些物理量的絕對值無法知道，可以人為的規定一個標準狀態，以標準狀態的物理量作為參考點或零點來確定其他狀態下的這些物理量的值（相對的），這樣可以比較不同狀態下這些物理量的大小或可以計算某一變化過程這些物理量的變化值，這種方法叫標準狀態法。標準態的選擇原則上有任意性，但必須合理、接近實際、方便使用且易為公眾所接受。下面舉例說明在物理化學中標準狀態的選擇及其應用。

2.標準狀態法在化學勢中的應用。如在熱力學中，化學勢μB是一個非常重要的概念，它決定了所有傳質過程的方向和限度。在非體積功為零的條件下，物質總是由化學勢高的一方流向化學勢低的一方，直到化學勢相等達到平衡為止。所以能比較同一物質B在不同系統或狀態時化學勢的大小，顯得至關重要。但是由于μB的絕對值不可求，就必需建立公共的標準態。那么，以標準態的化學勢μ■為基準，可得到任意狀態下的化學勢的表達式，這樣就可以輕松利用化學勢的判據了。①化學勢中標準態的選擇。化學勢中標準態的選擇可分為三類：第一類為純物質，對于純氣體，無論是理想氣體還是真實氣體，其標準態均為標準壓力p？苓（100kPa），溫度為任意指定的T，且具有理想氣體行為的狀態。對于真實氣體來說，其標準態是并不存在的假想狀態。對純液體、純固體，其標準態為標準壓力p？苓，溫度為任意指定的T的狀態。第二類為混合物，組成混合物的任一物質都等同對待，選用同樣的標準態。混合物中任一組分的標準態等同于它們各自處于純態的標準態。如液體混合物中任一組分B的標準態為溫度T，標準壓力p？苓時純液體B的狀態。第三類為溶液，溶液有溶劑和溶質之分，對溶劑和溶質分別選用不同的標準態。溶液中溶劑的標準態與液態混合物的任一組分的標準態相同——為標準壓力p？苓，溫度為任意指定的T的純溶劑的狀態。而對于溶液中的溶質，當溶液的組成標度不同時，其標準態也不相同：溶質濃度用bB表示的標準態——溫度T、壓力p？苓，bB=b？苓=1molkg-1，并服從Henry定律（pB=Kb，BbB）的那個假想狀態；溶質濃度用xB表示的標準態——同溫度T、壓力p？苓，xB=1，且服從Henry定律（pB=KxxB）時溶質B的假想狀態；溶質濃度用cB表示的標準態——溫度T，壓力p？苓下，體積摩爾濃度cB=c？苓=1mol·L-1，且服從Henry定律（pB=KxcB）時溶質B的假想狀態。綜上所述，不管溶液選用何種組成表示方法，其共同特點是所選取的標準狀態都是假想狀態，這是數學積分的必然結果。②基于標準態的化學勢表達式。根據選取的標準態，不同系統在任意狀態（溫度T，壓力p）時的化學勢都可以以標準態時的化學勢（μ■）為基準表達出來：理想氣體、真實氣體及它們的混合物中組分B的化學勢均可用下述表達式μB（g）=μ■（g）+RTln（pB/p？苓）+■{VB（g）-RT/p}dp理想液態混合物中任一組分的化學勢：

μ■=μ■+RTlnxB+■V■■dp溶液中溶劑A的化學勢：μA（1）=μ■+RTlnxA+■V■■dp溶液中溶質B的化學勢表達式為：μ■=■+RTln（bB/b？苓）+■V*■dp μ■=■+RTlnxB+■V*B（溶質）dp μ■=■+RTln（cB/c？苓）+■V*B（溶質）dp，當壓力p與p？苓相差不大時，可忽略積分項。化學勢是化學熱力學的核心內容，正確理解化學勢的定義及其物理意義，并能正確寫出不同系統中各組分化學勢的表達式，對掌握化學勢的判據及深刻理解化學熱力學有重要意義，甚至對一個化學工作者也是至關重要的。

3.標準狀態法在熱力學函數中的應用。化學反應中常用的熱力學函數（如物質的焓、吉布斯函數、熵）不僅是溫度、壓力的函數，還與其組成有關，但是這些熱力學函數的絕對值不可求，這使得在化學反應中ΔrHm、ΔrGm、ΔrSm的計算出現了困難。所以，要解決這個問題，重要的問題就是為這些熱力學函數選擇一個基準，標準態就相當于這樣的基準。①熱力學函數標準態的選擇。熱力學函數標準態的選擇可分為三類：對于氣體，其標準態均為標準壓力p？苓（100kPa），溫度為任意指定的T，且具有理想氣體行為的狀態。對于液體，其標準態為標準壓力p？苓，溫度為任意指定的T的純液體狀態。對于固體，其標準態為標準壓力p？苓，溫度為任意指定的T的純固體狀態。規定物質的標準態后，熱力學函數變如ΔrHm、ΔrGm、ΔrSm的計算變得簡單，先計算標準態時熱力學函數變如ΔrH■、ΔrG■、ΔrS■，再進一步進行修正即可。②基于標準態的熱力學函數變的計算。對于任一化學反應：0=■V■B在一定溫度下各自處在純態及標準壓力下的反應物，反應生成同樣溫度下各自處在純態及標準壓力下的產物，反應進度為1mol時的焓變，為標準摩爾反應焓ΔrH■；這一反應過程吉布斯函數的變化，為標準摩爾反應吉布斯函數ΔrG■；這一反應過程的熵變，為標準摩爾反應熵ΔrS■。由于反應物和產物各自處于純態，并沒有混合，所以在標準態下發生的化學反應是一個想象的過程（可以通過van’t Hoff平衡箱完成）。由于焓、吉布斯函數、熵這些熱力學函數的絕對值不可求，因此要計算這些標準狀態時熱力學函數變化（ΔrH■、ΔrG■、ΔrS■，）還需找出合適的參考點，下面分別對其進行討論。①計算標準摩爾反應焓ΔrH■，在物理化學中采用了兩個相對值：一是標準摩爾生成焓ΔfH■（B，β，T），其參考點是任一穩定單質的標準摩爾生成焓等于零，即

ΔfH■（穩定單質，T）=0。特別指出，若有離子參加的化學反應，規定H+的標準摩爾生成焓為零，即ΔfH■（H+，aq）=0。另一是標準摩爾燃燒焓，其參考點是規定的燃燒產物{C—CO2（g），H—H2O（l），N—N2（g），S—SO2（g），Cl—HCl（水溶液）}的標準摩爾燃燒焓等于零，即ΔCH■（規定燃燒產物）=0。標準摩爾反應焓可由標準摩爾生成焓或標準摩爾燃燒焓計算而得：ΔrH■=■V■ΔfH■（B，β，T）=-■V■ΔCH■（B，β，T）。②計算標準摩爾反應吉布斯函數ΔrG■，采用的相對值是標準摩爾生成吉布斯函數ΔfG■（B，β，T）。以任一穩定單質的標準摩爾生成吉布斯函數等于零為參考點，即以ΔfG■（穩定單質）=0為參考點，可得到各物質的ΔfG■（B，β，T），則可通過式ΔrG■=■V■ΔfG■（B，β，T）計算化學反應的ΔrG■。特別指出，若有離子參加的化學反應，規定H+的標準摩爾生成吉布斯函數為零，即ΔfG■（H+，aq）=0。ΔrG■在物理化學中的作用也是非常重要的，我們可以利用它指示化學反應的限度。通過等溫方程ΔrGm=ΔrG■+RTlnJP，計算出ΔrGm來判斷化學反應的方向。③計算標準摩爾反應熵ΔrS■，采用了相對值即標準熵S■。即在熱力學第三定律的基礎上，即相對于S■m（完美晶體，0k）=0，求得純物質B在在標準狀態下溫度T時的熵值。則標準摩爾反應熵可通過下式計算ΔrS■=■V■S■（B）。

4.標準狀態法在電池中的應用。在電化學中一個很重要的內容就是關于原電池電動勢的計算，假如知道單個電極的電勢問題就會變得簡單，但是到目前為止，我們還不能通過實驗測定或從理論上計算單個電極的電勢的絕對值，同樣采用標準狀態法使問題迎刃而解。以標準氫電極作為基準，對于任意給定的電極，使其作為正極，以標準氫電極為負極，組合為原電池，即標準氫電極||給定電極（設已消除液體接界電勢），則此原電池的電動勢為該給定電極的電極電勢（是相對值，即以E■{H+|{H2（g）}=0作為參考點）。每一個電極都采用相同的標準，相對值也具有絕對值的含義了。這樣就可利用公式E（電池）=E（正極）-E（負極）很輕松的計算電池的電動勢了。當給定電極中各組分均處在各自的標準態時相應的電極電勢為標準電極電勢。此時所采用的標準態規定壓力為標準壓力，相應離子的活度為1的狀態。按標準電極電勢數值大小排成序列表，簡稱標準電動序，利用標準電動序可以估計在電解過程中，溶液里的各種金屬離子在電極上發生還原反應的先后次序，還可以判斷氧化還原反應自發進行的方向，以及可以求出反應的焓變、熵變、吉布斯函數變及平衡常數。

三、結語

通過上面的討論，我們可以把標準狀態法的應用分為兩種情況。第一種情況是只為比較物理量大小時，只需定義一個標準狀態就可以了。如化學勢的標準態。第二種情況是不單要比較物理量的大小，并且要計算該物理量的具體數值，這時只定義一個標準態就不夠了，還需再定義一個零點值。綜上所述，標準狀態法在物理化學是不可缺少的方法，利用標準狀態法可方便的求得熱力學函數（反應焓、反應的熵變、吉布斯函數）的變化及方便的比較化學勢的大小，從而為判斷化學變化的方向與限度提供依據。同時利用標準狀態法也可方便的計算電極電勢及電池電動勢，為比較物質的氧化還原能力的大小及判斷氧化還原反應的方向提供理論支持。俗話說得好，“授人以魚，不如授人以漁”。也就是說，我們不僅要注重知識，更重要的是要注重得到知識的方法。掌握了方法，才不會人云亦云，才會有自己開創性的成就，社會才會快速發展。

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物理化學在兩階段工科化學(化工類)課程體系中處于樞紐地位。第一階段由化學原理(基礎物理化學)、無機化學、有機化學、分析化學等課程組成。化學原理作為理論教學內容,在對中學化學知識總結提煉上升到理性認識高度的基礎上,對后繼無機化學、有機化學作為應用教學內容提供理論基礎。第二階段由物理化學加后繼專業或專業基礎課程、選修課程組成。物理化學作為理論教學內容,既將先前所學無機化學、有機化學等知識從理性上加以認識提高,又為后繼課程提供理論基礎。[2]在專業教育的范疇內,物理化學是工科,尤其是化工、冶金、輕工等各專業必備的化學理論基礎,它銜接基礎理論和相關的專業課程,是一門專業基礎課程。

二、物理化學課程的教學內容

物理化學提供應用于所有化學以及相關領域的基本概念和原理,嚴格和詳細地闡釋化學中普適的核心概念,以數學模型提供定量的預測。因此,物理化學是分析化學、無機化學、有機化學和生物化學課程,以及其他相關前沿課題的概念的理論基礎。總體而言,物理化學理論課程可能涉及的教學內容如下:[3]

1.熱力學與平衡

標準熱力學函數(焓、熵、吉氏函數等)及其應用。熵的微觀解釋。化學勢在化學和相平衡中的應用。非理想系統、標準狀態、活度、德拜-休克爾極限公式。吉布斯相律、相平衡、相圖。電化學池的熱力學。

2.氣體分子運動學說

麥克斯韋-玻耳茲曼分布。碰撞頻率、隙流速度。能量均分定律、熱容。傳遞過程、擴散系數、黏度。

3.化學動力學

反應速率的微分和積分表達式。弛豫過程。微觀可逆性。反應機理與速率方程。穩定態近似。碰撞理論、絕對速率理論、過渡狀態理論。同位素效應。分子反應動力學含分子束、反應軌跡和激光。

4.量子力學

薛定諤方程的假定和導出。算符和矩陣元素。勢箱中的粒子。簡諧振子。剛性轉子、角動量。氫原子、類氫離子波函數。自旋、保里原理。近似方法。氦原子。氫分子離子、氫分子、雙原子分子。LCAO方法。計算化學。量子化學應用。

5.光譜

光-物質相互作用、偶極選律。線型分子的轉動光譜。振動光譜。光譜項。原子和分子的電子光譜。磁共振譜。拉曼光譜、多光子選律。激光。

6.統計熱力學

系綜。配分函數表示的標準熱力學函數。原子、剛性轉子、諧振子的配分函數。愛因斯坦晶體、德拜晶體。

7.跨學科的應用

生物物理化學、材料化學、環境化學、藥學、大氣化學等。物理化學實驗課程培養學生用物理化學原理聯系定量模型與觀察到的化學現象的能力,深化學生對模型定性假設和局限的理解,鍛煉他們采用模型定量預測化學現象的基本技能。

學生應能記錄正確的測量值,估算原始數據的誤差。學生需要理解電子儀器的原理和使用方法,操作現代儀器測量物理性質和化學變化,積累用這些儀器解決實驗問題的經驗。物理化學實驗應含有結合若干實驗方法和理論概念的綜合實驗教學內容。適用于工科化學(化工類)課程體系的物理化學實驗教學內容大體如下:

1.熱化學實驗

計算機聯用測定無機鹽溶解熱。計算機聯用測定有機物燃燒熱。溫度滴定法測定弱酸離解熱。差熱分析。

2.相平衡化學平衡實驗

不同外壓下液體沸點的測定。環己烷-乙醇恒壓氣液平衡相圖繪制。液-固平衡相圖繪制。凝固點下降法測定物質摩爾質量。沸點升高法測定物質摩爾質量。熱重分析。氨基甲酸銨分解平衡常數的測定。

3.表面化學實驗

溶液表面張力測定。沉降法測定粒度分布。BET容量法測定固體比表面積。

4.化學動力學實驗

量氣法測定過氧化氫催化分解反應速率系數。蔗糖轉化反應速率系數測定。酯皂化反應動力學。一氧化碳催化氧化反應動力學。甲酸液相氧化反應動力學方程式的建立。可燃氣-氧氣-氮氣三元系爆炸極限的測定。計算機聯用研究BZ化學振蕩反應。

5.電化學實驗

強電解質溶液無限稀釋摩爾電導的測定。離子遷移數測定。原電池反應電動勢及其溫度系數的測定。金屬鈍化曲線測定。

6.結構化學實驗

磁化率測定。分子介電常數和偶極矩的測定。

三、面向專業的物理化學教學內容建設

當然,一個工科類專業的物理化學教學不可能也不必要包含上列的所有內容。因此,各學科專業教學指導委員會根據專業的培養目標和規格,在已經或即將公布的各學科專業的指導性專業規范中,制訂了包括物理化學在內的化學課程教學基本內容作為最低要求。如化學工程與工藝專業的規范(研究型)中規定:物理化學可分為兩部分,物理化學(I)主要內容為化學熱力學和反應動力學等,作為化工主干課的基礎,應注意與化工熱力學課程和化學反應工程課程的銜接和分界(一些內容可在化工熱力學課程和化學反應工程課程中展開,以加強工程背景);物理化學(II)主要內容為溶液理論、統計力學、量子力學等方面的概要以及近展等。各專業的物理化學教學基本內容充分體現了本專業的學科特點,是在保障人才培養質量的前提下,兼顧國內各相關學校的教學條件提出的基本要求。因此,它體現的是該專業人才的知識體系的共性。由于各校的學科背景和教學條件的優勢不同,要培養具有特色的專業人才,需要在教學中研究如何在滿足各專業的教學基本內容要求的基礎上開展物理化學教學。我們認為在教學內容建設中應堅持貫徹下列原則,才能切實發揮物理化學這一門專業基礎課程的作用。[4]

1.承前啟后,發揮樞紐作用。了解授課對象的先修和后繼課程與物理化學的聯系,深化化學原理課程中的物理化學理論,介紹其在后繼專業課程中的應用,以開闊視野并兼顧系統性和趣味性。

2.少而精和博而通。傳統的基礎內容要突出重點,講深講透,體現學科框架;選擇介紹相關前沿的內容以擴大知識面。

3.提倡內容側重的多樣化。針對不同專業時要不拘一格,倡導內容側重的多樣化;即便面對同一專業,內容側重亦應有寬松的選擇余地。

4.體現工科特色,強調應用性和實踐性。引入研究型實踐項目,使學生加深對理論的理解,提高應用水平。

四、建設物理化學教學內容的措施

華東理工大學物理化學教研室在國家精品課程和國家級教學團隊建設過程中,以提高專業人才的教育質量為目標,采取了一系列措施,提高物理化學課程的教學水平和質量,促進相關專業的課程體系建設。

1.根據授課專業的先修、后繼課程,研讀相關教材,如化學工程與工藝專業的現代基礎化學、化工熱力學、化工原理、化學反應工程、化工過程分析與合成教材,了解其改革動向和內容變革,并且請有關學科的學術帶頭人做物理化學在學科領域應用介紹的報告,提出教學內容改革建議。這樣做的結果一方面可以避免教學內容上不必要的重復,另一方面可以合理地選擇教學內容側重,實現化學基礎課程與專業課程的合理銜接。

2.編寫教材和教學參考書,保障教學基本內容的教學質量,介紹物理化學學科發展、在交叉領域的應用;介紹溶液模型、線性自由能關系等半經驗方法,以銜接后繼課程。近年來編寫或修訂出版了《物理化學參考》、《物理化學》(第五版)、《物理化學導讀》、《物理化學釋疑》、《物理化學教學與學習指南》。開展教學研討,提高教師隊伍的學識水平和在教學中貫徹少而精、博而通教學思想的能力。

3.制作相關前沿課題和理論應用實例,如“正、負離子混合表面活性劑雙水相系統及其微觀結構”、“溫室氣體CO2的捕集和封存(CCS)技術”、“復雜材料的微相平衡和結構演化的數學模擬”、“離子液體的合成、性質和應用”等教學素材,進行教學資源的儲備。

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一、多媒體與三維模型的應用

固體物理學是一門研究固體的微觀結構、組成固體的粒子（原子、離子、電子等）之間的相互作用與規律，并在此基礎上闡明固體宏觀性質的學科。因此，固體的微觀結構是這門課程的基礎。許多固體物理學的教材，例如黃昆等的《固體物理學》經典教材，開篇即討論晶體的結構。但對晶體結構的理解，特別是對三維的晶體結構的理解，需要學生較好的空間想象能力。由于晶格的周期平移不變性，理想晶格可以通過原胞或單胞的周期平移、重復而得到。那么，如何選取合適的原胞或單胞？原胞的形狀如何？原胞內有多少個原子？單胞內的各個原子是否等價？在教學過程中，許多學生對這些問題一時不能很好理解。

隨著計算機的普及和利用，多媒體教室普遍存在，并被廣泛使用。多媒體教學手段的利用，有助于學生對固體微觀結構的理解。例如，可以通過視頻或PowerPoint文件，可以直觀地展示晶體的微觀結構、原胞的選取、原胞的形狀等。與傳統板書相比，利用多媒體呈現并分析固體的微觀結構以及晶體的結構特征，對教師而言，更加省時、省力；幾何關系的表達也更為準確，便于學生的理解。此外，若能結合三維的原子實物模型，那么，固體的微觀結構將能更為直觀地展現在學生眼前。多媒體與三維模型的應用對于學生理解固體的微觀結構、晶格的周期性、原胞、晶體的對稱性等基礎概念很有好處。

當然，多媒體教學也存在著一定的局限性。例如，在公式的推導、基礎概念的講解等方面，板書其實更受學生的歡迎。與多媒體教學相比，板書的節奏慢，師生間可以有較多的互動；學生相對容易跟上教師思考問題、解決問題的步伐，學生也能有較充分的時間來理解各個知識點、梳理要點以及做筆記等。因此，多媒體教學還需適當地與傳統板書相結合才能達到較好的教學效果。

二、教學內容的取舍

由于固體物理學融合了普通物理、熱力學與統計物理、量子力學、晶體學等多學科的知識，其知識面廣、量大，在有限的學時里，不可能面面俱到地討論固體物理學所涉及的所有知識點。因此，實際教學中可以結合本專業的特色，有選擇地取舍部分教學內容。例如，側重固體熱學性質的專業可以考慮以晶格振動等內容為主；而側重微電子的專業則可以考慮以能帶理論、半導體中的電子等內容為主。當然，一些多個領域都涉及到的基礎知識也應是這門課程不可缺少的一部分內容。

固體的微觀結構和結合方式是固體物理學的基礎，因此，晶體的結構和晶體的結合等知識點應是這門課程的基礎知識之一。考慮到理想晶格由原子實和電子組成，晶格的運動主要在晶格振動等部分討論；而電子的運動主要在能帶理論等部分討論，具體還可以分為金屬中電子的運動和半導體中電子的運動等部分。盡管這原子實和電子的運動實際上相互聯系，但很多時候，可以分別側重討論。此外，實際晶體也并非理想晶體；實際晶體除了有邊界之外，也常含有缺陷。但在許多情況下，晶格的振動、電子的運動和缺陷的影響依然可以依據實際情況分別討論，并得到與實際較為符合的理論結果。因此，晶格振動、能帶理論和缺陷等知識點之間相對獨立，或可根據各專業的實際情況取舍部分教學內容。

在許多固體物理學的教材中，例如黃昆等的《固體物理學》教材和閻守勝的《固體物理基礎》教材，密度泛函理論并沒有被提到。事實上，密度泛函理論是一個被廣泛使用的基礎理論，它是凝聚態物理前言研究的有效手段之一，也是材料設計的一種有效方法。教學過程中，教師可以結合各專業的實際情況介紹一些密度泛函理論的基礎知識。同時，還可以介紹一些最新的相關研究進展，以拓展學生的知識面、提高學生的學習興趣。

三、模塊化的教學形式

如前所述，固體物理學中的許多知識點間相對獨立；基于這門課程的特征，教師在教學過程中可以考慮模塊化的教學形式，以子課題的形式將相應內容呈現給學生。可能的模塊如：討論晶體的結構和晶體的結合方式的基礎模塊――晶體的結構與結合；討論晶體中原子實運動的模塊――晶格振動；討論晶體中電子運動的模塊――能帶理論；討論實際晶體中可能存在的缺陷的模塊――晶體的缺陷等；其中，能帶理論部分還可分為：近自由電子模型、緊束縛模型、贗勢方法等數個部分。這樣做首先有利于教學內容的取舍；其次，有利于學生對各知識點的理解、有利于學生梳理清楚各個知識點之間的關系。

此外，固體物理學是凝聚態物理前沿研究的基礎之一；其基礎知識、理論推導、實驗背景以及處理問題的方式方法等，都是開展凝聚態物理研究的基礎。而模塊化教學，以課題研究的形式提出問題、解決問題，將教學內容以問題為導向呈現給學生，這有助于培養學生的學習能力和解決實際問題的能力。而且，課題研究的教學模式，既是在教授學生知識，也是在開展科研，有助于提高學生對科研的認識、有助于培養學生的科研能力。這種課題研究的模塊化教學形式還可以結合基于原始問題的教學來開展。

四、基于原始問題的教學

所謂原始問題，可簡單理解為：現實生活中實際存在的、未被抽象加工或簡化的問題。于克明教授、邢教授等人詳細探討了原始物理問題的諸多方面；此外，周武雷教授等人還討論了原始物理問題含義的界定等相關問題，并呼吁將基于原始物理問題的教學實踐引入大學物理的教學中。這應是個值得提倡的建議，畢竟現實生活中遇到的具體問題都是原始問題。與傳統的習題不同，原始問題未被抽象、加工或簡化。學生處理實際問題的第一步便是將問題適當簡化，這也是學生需要學習的一種能力。

事實上，合理的模型簡化是各種理論的基礎，也是實際應用或科研必不可少的一種能力。例如，討論晶格熱容的愛因斯坦模型和德拜模型，盡管模型簡單，但它們數十年來是我們討論、分析相應問題的基礎。今天，那些被寫進教科書的基礎理論，在當時、在理論剛被提出時，都是為了原始問題的解決。下面以晶體熱容為例，稍加詳述。

問題的背景：根據經典的熱力學理論，晶體的定體摩爾熱容是個與溫度無關的常數。實驗發現晶體的熱容在高溫下確實接近于常數，但是晶體的熱容在低溫下并不是個常數，其與溫度的三次方成比例關系。

問題的提出：理論預言與實驗觀測為何不相符？如何解釋實驗現象？20世紀初剛剛發展起來的量子力學是否能解釋這個實驗現象？這些問題在愛因斯坦的年代應該都是前言的科研問題。

問題的簡化：（1）不考慮邊界、缺陷、雜質等的影響，將實際晶體抽象為理想晶體；（2）基于絕熱近似，不考慮電子的具體空間分布，將原子當作一個整體，原子―原子間存在相互作用；（3）基于近鄰近似，只考慮近鄰原子間的相互作用；（4）基于簡諧近似，將原子間的相互作用勢在原子的平衡位置作泰勒級數展開，并保留到二階項。

問題的解決：基于上面的模型簡化，寫出描述原子運動的牛頓第二定律，并求解方程組，這些方程組與相互獨立的簡諧振子的運動方程組相對應。結合量子力學，得到體系的能量本征值；寫出晶格振動總能的表達式，繼而給出由晶格振動貢獻的晶格熱容的表達式。由于晶格熱容的表達式復雜，很難直接與實驗結果對比，因此引入進一步的簡化和近似――愛因斯坦模型或德拜模型。

這種提出問題、分析問題、解決問題的方式與做前言科學研究的方式相接近，既能提高學生對科研的認識、培養學生的科研能力，又能培養學生理論聯系實際、解決實際問題的能力。

五、小結

針對固體物理學這門課程的一些特點，本文從教學手段、教學內容和教學形式等方面提出了一些教學改革的心得體會。教學手段上，可以利用多媒體和三維模型等教學手段，以便讓學生更容易理解固體的微觀結構。教學內容上，可以針對專業特色，有選擇地取舍部分章節。而模塊化的教學形式，可以將相對獨立的知識點以子課題的形式呈現給學生，既能幫助學生梳理知識點，又能讓學生對課題研究有所認識。最后，通過課題研究的教學形式、理論聯系實際的討論分析以及基于原始問題的教學，培養學生學習和應用的能力。

致謝：感謝上海高校外國留學生英語授課示范性課程《英文大學物理》建設項目的資助。

參考文獻：

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[2]閻守勝.固體物理基礎[M].第二版.北京：北京大學出版社，2003.

[3]謝希德，陸棟.固體能帶理論[M].上海：復旦大學出版社，2007.

[4]馮端，金國鈞.凝聚態物理學[M].北京：高等教育出版社，2003.

[5]陳志遠，熊鋼，易偉松.多媒體技術應用于固體物理教學的探討[J].咸寧師專學報2002，22（6）：53-55.

篇（9）

物理學是一門以實驗為基礎的學科，無論是物理規律的發現，還是理論的驗證，都離不開實驗。物理教學中的演示實驗對于促進學生理解物理概念、掌握物理規律起著十分重要的作用，它的特點是緊密配合教學，原理清晰，形象直觀，易于操作，攜帶方便。另外演示實驗一直是課堂中學生感興趣的部分，對于激發學生的學習興趣起不可忽視的作用。我從事物理教學多年，在此從理論教學者角度出發，談談對物理演示實驗教學的幾點思考，以對實驗教學有所幫助。

一、實驗教學存在的問題

目前大部分高校大學物理教學和基礎物理實驗教學是分開的，理論教師只負責理論教學，實驗教師只負責實驗教學，有時候教學進度不一致，例如有些實驗課教學超前于理論教學，學生只能按實驗要求和老師的講解完成實驗。在這個實驗過程中，學生僅是完成實驗數據記錄，沒有理論準備和實驗思考的過程，這不符合教學目的。由于課時壓縮、實驗條件的制約，大學物理教學偏重理論教學的講解，忽視了實驗教學，而對于難以理解的物理過程和物理圖像，實驗教學要比理論教學的效果更好。

當前設置的基礎實驗內容多為驗證性實驗，缺乏富有啟發性的演示實驗，隨著教學改革的不斷深入，演示實驗越來越受到人們重視。

二、演示實驗和基礎實驗互為補充，為理論教學提供服務

我們應該本著強化基礎實驗，發展演示實驗的教學理念，兩者同步發展，各有側重，互為補充，共同為提高大學物理教學質量服務。

加強基礎實驗不僅能訓練學生的動手操作能力，而且能加深物理概念或定律建立過程的理解。對于在物理學發展史上非常重要的實驗，我們應予以重視，這類實驗操作的過程也是了解實驗發展的歷程，可以培養學生良好的科學素養。在實驗過程中，應當讓學生體會到，這些實驗現在看來非常簡單，但它的發展歷程幾經曲折，是前人集體智慧的結晶，而只有那些善于繼承又勇于創新的科學家才能抓住機遇，做出突破性的貢獻。

演示實驗直觀明了，不僅能活躍課堂氣氛，而且能激發學生的學習興趣和愛好，提高學生的觀察能力和思維能力。對于大學物理教學中學生難以理解的部分，若是采用演示實驗，將會達到良好的教學效果。譬如，力學部分物體轉動定律學生不易理解，而之前的力學部分是學生熟悉的質點平動問題，這時候插入演示實驗，對比平動和轉動問題，讓學生參與實驗演示，形象體會二者之間的異同，學生更容易接受。再如熱學部分，熱學規律是統計規律，涉及的概念較抽象，課程中如演示加耳頓板實驗，可以形象地說明熱力學規律是對大量偶然事件整體作用的統計結果。

讓學生在觀察和動手操作中總結規律，將會達到事半功倍的效果。學生作為教學和實驗操作的主體，在動手的過程中，不僅能掌握知識點，而且能學會觀察和思考，這樣既能增強教學效果，又能培養學生的觀察能力、思考能力。

三、物理實驗教學的發展方向

1.加強實驗室建設

工欲善其事，必先利其器。校方首先應加強實驗室硬件條件的建設，購置必要的實驗儀器，以利于實驗的順利展開；其次，不斷提升實驗教師的專業素質，提高實驗室軟實力。實驗室不是僅僅安排幾個實驗教師就可以的，為了使實驗開設具有延續性，我們應該不斷提高實驗教師的專業素質，向深度和廣度發展。

2.演示實驗與課堂講授相結合

演示實驗具有直觀形象的特點，可以化抽象為具體，化枯燥為生動，使得物理教學中難以理解的抽象概念和定律借助演示實驗獲得形象生動的圖像，通過觀察、分析和總結掌握物理規律，又可以活躍課堂氣氛，促進學生思考。

教師可以根據課堂內容，制作一些簡單的、易操作的演示儀器或利用實驗室現有的實驗儀器，開展基于課堂的演示實驗，讓學生參與演示操作，給學生留出觀察和思考的時間。如電磁學的教學中，奧斯特實驗和電磁感應實驗均可以隨堂演示。這樣既可以調動學生的學習積極性，又可以促使學生仔細觀察，相互討論交流，總結規律，與教師的單純敘述相比，效果要好得多。

3.充分發揮多媒體在教學中的作用

現代教育教學手段不斷豐富，各種教學方法、教學手段互補，是現代教學的發展趨勢。對于物理過程復雜且難以隨堂演示的實驗，可以利用豐富的教學資源展現出來，包括自制視頻、演示動畫、電視插播片等，既可以彌補隨堂演示實驗的不足，又可以活躍課堂氣氛。如對駐波的形成及特性分析，單縫夫瑯和費衍射中子波概念的引入，等等。還可以結合仿真，給出物理各參數之間的關系，如矩孔的衍射實驗，改變矩孔的寬度，其仿真結果效果會更好。

4.積極建設研究性開放實驗室

我校物理實驗教學組專門開設了一間研究性開放實驗室，里面包括基礎物理中四大力學（力學、熱學、電磁學和光學）的內容。包括一些購置的儀器，學生和教師制作的簡單儀器，某些儀器的零配件和殘件。實驗室由專門的教師負責日常維護，學生只需通過申請便可自行操作或使用實驗室的儀器，研究自己感興趣的課題。也可以在教師的指導下，利用開放實驗室，對教師申請項目的子課題進行獨立研究。

我校開展了“大學生課外學術科技作品競賽”、“創新性實驗計劃”、“挑戰杯”等課外科技活動中，來自不同學院的參賽學生利用研究性開放實驗室進行科學研究，取得了喜人的成果。

四、結語

演示實驗具有直觀形象的特點，可以化抽象為具體，化枯燥為生動，使得物理教學中難以理解的抽象概念和定律借助演示實驗，獲得形象生動的圖像，觀察、分析和總結掌握物理規律可以活躍課堂氣氛，促進學生思考。

在大學物理教學中加強演示實驗是教學改革的必然趨勢，是增強教學效果的重要手段。借助全國第十屆大學物理演示實驗會議2011年暑假在我校召開的這個機會，我校加強了演示實驗的建設和開展，鼓勵更多的老師和學生參與演示儀器的制作和演示實驗的開展。

參考文獻：

篇（10）

物理學與人類的日常生活密切相關，在眾多學科中，物理學與其他學科的交叉應用最為廣泛，推動著各學科發展，對了解大自然的發展規律，指導人類科學活動、引導科學技術的進步起著不可估量的作用。高等學校是培養人才的搖籃，大學物理課程作為一門公共基礎課程，對培養學生學習能力，解決問題的能力、乃至創新能力都是一個重要環節。隨著社會的進步和多方位的人才需求，傳統的教學方法已經不能滿足形式發展的需要，教學改革是大勢所趨，物理教學改革也在不斷的進行深入開展，許多優秀的物理教師已經在某些方面取得了突破性進展，但也存在許多的問題，這不僅給我們提出了疑問，怎樣才能真正激發學生學習興趣，培養應用型人才。通過仔細的分析和日常的教學總結，發現從知識的實用性出發更容易引發學生學習的興趣。

一、明確大學物理課程教學目標

《大學物理》是理工科專業的一門重要的必修基礎課，在培養學生的科學素養、邏輯推理和創新思維等方面起著舉足輕重的作用。物理學的基本原理滲透在自然科學的各個領域，包括多種思維能力，如邏輯思維、抽象思維、發散思維、集中思維等，因此，大學物理課程的教學直接影響大學生的培養質量。針對物理學的核心內容，練習學生觀察和描述現象、建立物理模型的能力；分析實際問題中物理原理的能力；從物理原理上進行技術創新的能力。物理學是科學技術的源泉，是多學科交叉、轉移和滲透的支撐點。因此，教師教好物理，學生學好物理都是為將來的終身學習打下了良好的基礎。

二、分析大學物理教學中存在的問題

物理課程的教學對于眾多的物理教育工作者來說，有很多的問題尚待解決[1]。首先從學科內容來說，整個物理學的知識點眾多，相應的物理教材層出不窮，重難點不突出，很難針對學生的專業教學；其次上課過程中學生的積極性下降，聽課率不高，學習熱情不高漲，有玩手機、打瞌睡等現象出現；再次物理實驗課考查的是學生的動手能力，部分學生沒有完全參與進來，不能獨立完成實驗，導致動手能力不強。

三、引入實用性教學思維，培養高素質應用型人才

我們進行教學的目的是為了學生將來能更好的應用，所以在授課過程中，可以不單講授知識點本身，更要著眼于知識點在現實生活中起什么作用或指導意義，這樣才能激發學生興趣、拓展邏輯思維、鍛煉解決問題的能力。開闊學生的視野，為進一步提高教學質量可此從以下幾方面進行改進：

（一）消除逃避心理

談及物理學生們通常認為它是深奧的，很難學習并掌握，因此產生逃避心理。因此在開課初期告訴學生學習物理確實有一定難度，但不要產生抵觸情緒，態度決定一切[2]。學習物理的過程好比爬山，雖山高路陡，但風景很美。讓學生堅信物理就在身邊，學好物理可以培養自身能力，還可以解釋大自然的很多規律，甚至探索神奇的宇宙世界。

（二）總結原理歸類，解釋自然現象

縱觀大學物理教程內容可以歸結于幾大部分，力學、熱學、電磁學、光學、近代物理學[2]，力學中的經典定律，如萬有引力定律和牛頓三定律，可以解釋汽車中人的前、后傾、電梯中的超重與失重、地球的自轉、衛星軌道、潮漲潮落、臺風的形成等現象。熱學中的熱力學第一定律，告訴了我們不能實現的第一類永動機、鉆木取火、汽車發動機原理等內容。電磁學中的靜電場物質的電結構和靜電學原理，可以解釋日冕、電離層、臭氧層、雨雷電、極光、負氧離子、避雷針、靜電除塵等內容。光學中的光的直線傳播、反射定律和折射定律可以解釋日食和月食、物體影子、林間美麗的光柱、坐井觀天、小孔成像、萬花筒、光纖通信、筷子彎折、虹霓景觀、海市蜃樓、透鏡成像等現象。近代物理學中的原子結構、電子軌道、電子能量、電子躍遷等可以解釋元素周期表、能級圖、發光顏色、激光、X射線斷層掃描技術（CT）等的應用。

（三）轉變教學手段，傳統與現代相互配合

實行大學物理教學改革，并不是否定傳統教學，而是在此基礎上找出更適合學生學習的方法。隨著現代技術的不斷發展，出現了計算機輔助教學、網絡視頻教學等多媒體手段，有些人擔心這樣會逐漸否定了傳統教學的方式[3]。無論是傳統教學模式還是現代化教學手段，只要有正確的教學思維引導，即使相結合使用也會產生很好的教學效果。任何教學方法都不是萬能的，適當加以結合運用效果更好。對于一些概念性較為抽象的物理內容，傳統教學方式還是較好的方法，如果再加以實際應用舉例，相信效果相得益彰。列舉實用性例子就可以運用多媒體教學中的圖像、視頻等吸引學生的注意力，激發學生學習的興趣。傳統與現代的相互配合，可以實現教與學的優化，進而提高教學質量，促進教學改革。

四、總結

由此可見，教師可以在教學過程中總結優秀的教學想法以及學生樂于接受，循序漸進的學習方法。在大學物理課程的講授中穿插實用性教學思維可以適當激發學生學習興趣以及求知欲。實用性教學思維注重教學手段的更新，將傳統的教學方法與現代教學方法適當有效的結合，不僅增大了授課信息量，還增強了教學直觀性和趣味性，提高了教學質量，也促進了教學改革。

參考文獻：

[1]崔玉，張俊.工科院校的大學物理教育改革[J].赤峰學院學報.2012，28（1）：202-203

[2]楊 艷，劉興來，胡俊麗等.大學物理學生自主學習教學環節的探索與實踐[J].物理通報2012，（7）：31-32